【文章內容簡介】 定零件的裝卸。針對數控車床自動裝卸機械手的研究相對較少。本課題著眼于氣動驅動、自動裝卸的機械手的設計。 四川理工學院畢業(yè)設計（論文） 5 機械手在國內外發(fā)展現狀 從國內外所有機械手的發(fā)展現狀來看，在現階段，對機械手的研究和開發(fā)已趨于高潮，機械手的發(fā)展現狀與 動態(tài)，可以總結為 :第一，模塊化與可重構化是現階段機械架構發(fā)展的主要動向 。其二， PC 機的開放型控制器是機械手體系發(fā)展的一個主要方向，其目的就是為了完善機械手，使其逐漸走向網絡化和標準化 。器件集成度得以強化，架構設計玲瓏，同時運用過了模塊化架構 。在很大程度上強化了機械手體系的安全性和可靠性，同時也滿足機械手在維修和防護方面的一些便捷性 。第三，傳感器在機械手中發(fā)揮了十分重要的作用，不僅運用了傳統(tǒng)的速度傳感器、位置傳感器等，同時也引進 J39。先進的視覺傳感器、觸覺傳感器和聽覺傳感器，促使機械手逐漸向智能化方向發(fā)展和推進 。第四 .裝配、焊接等機械產品逐漸向模塊化、標準化及系列化方向推進和發(fā)展，及系統(tǒng)動態(tài)的仿真等 。 機械手的技術發(fā)展方向 國內外實際上使用的定位控制的機械手，沒有“視覺”和“觸角’反饋。目前，世界各界正積極研制帶有“視角”和“觸角”的工業(yè)機械手，使它能對所抓取的工件進行分辨，選 IFS 所需要的工件，并正確地夾持工件，進而精確地在機器中定位、定向為使機械手有“眼睛”去處理方位變化的工件和分辨形狀不同的零件，它由視覺傳感器輸入三個視圖方向的視覺信息，通過計算機進行圖形分辨，判別是否是所要抓取的工件。為防止握 力過大引起物件損壞或握力過小引起物件滑落下來，一般采用兩種方法 。一是檢淵把握物體手臂的變形，以決定適當的握力 :另一種是直接檢測指部與物件的滑動位移來修正握力。因此，這種機械手就具有以下幾個方面的性能 : 1) 能準確地抓取方位變化的物體。 2) 能判斷對象的重量。 3) 能自動避開障礙物。 4) 抓空或抓力不足時能檢測出來。 這種具有感知能力并能對感知的信息做出反應的工業(yè)機械手稱為智能機械手，它是有發(fā)展前途的。 現在，工業(yè)機械手的使用范圍只限于在簡單重復的操作方面節(jié)省人力，其效用是代替人從事繁重的工作和危險的工作，在惡劣環(huán)境下尤其明 顯。至于在汽車工業(yè)和電子工業(yè)之類的費工的工業(yè)部門，機械手的應用情況決不能說是很好的。雖然這些工業(yè)部門工第一章 緒論 6 時不足的問題很尖銳，但采用機械手只限于小部分工序。其原因之一是，工業(yè)機械手的性能還不能滿足這些部門的要求，適于機械手工作的范圍很狹小。另外經濟性問題當然也很重要，采用機械手來節(jié)約人力從經濟上看不一定總是合算的。然而，利用機械手或類似機械設省人力和實現生產合理化的要求，今后還會持續(xù)增長，只要技術方面和價格方面存在的問題獲得解決，機被手的應用必將會飛躍發(fā)展。 課題的來源及研究意義 發(fā)電機和電動機的轉子外圓 要求進行粗車和精車。在電機運行過程中，電機的氣隙通過設計的很?。庀洞磐ㄔ叫‰姍C的性能越好），一般不大于 毫米，如果轉子或者軸承稍有偏心，輕則使氣隙磁通不均勻而影響電機的出力大小及其均勻程度，重則使轉子與定子的摩擦，使電機的消耗增加，出力減少，溫度增高，重則不能工作而 燒毀電機。如果檢測超出允許范圍，就必須 修理或者更換電機。 因此上料的時候，必須保證工件的定位精度，又要確保每次上料的一致性，傳統(tǒng)的人工上料不僅勞動強度很大，上料精度也很不好控制。隨著數控技術的發(fā)展及 PLC編程技術的迅速普及，其加工時間要縮短 到一分鐘以內，為適應機床高精度、高效率的加工要求，發(fā)展自動上下料已成為必然趨勢。精車外圓是在數控車床中進行，要求機床的轉速高，使用雙道具進行車削。第一遍進行粗車，接著進行精車，保證其加工精度。因此車削轉子外圓的上下料系統(tǒng)要滿足快速性和高精度的雙重特性。 機械手自動上下料系統(tǒng)是機械手應用的一個重要方面，它的出現與廣泛應用，可以大大的解放人力資源，減輕勞動強度，實現生產及加工過程的自動化，提高生產效率。隨著數控機床向高速高精度方向的不斷發(fā)展，利用機械手代替人工實現自動上下料已成為一種發(fā)展趨勢。在近年來的國際機床 展覽會上，國外高檔加工中心與數控機床已普遍采用機器人自動上下料裝置，國內機床廠商也開始關注和著手進行相關技術和裝置的研發(fā)，其中，機床自動上下料系統(tǒng)的快速、高精度和良好的適應性成為技術難點。本課題針對企業(yè)實際生產和發(fā)展需要，研究與開發(fā)數控外圓精車的機械手自動上下料系統(tǒng)，對促進國產高端制造裝備水平的提高無疑具有重要的研究與應用價值，使系統(tǒng)的效率明顯的上一個臺階。 四川理工學院畢業(yè)設計（論文） 7 第二章 機械手設計方案 機械手方案設計原則 機械手機構設計原則 在機械零件設計時，設計人員應同時考慮到零件的設計要求和工藝要 求。產品的質量和成本會受到工藝要求的影響。一般應滿足以下要求 : 1)在設計時應完全保證零件尺寸標準化和互換性。便于后期的維修更換。 2)零件尺寸基準選擇要合理規(guī)范，尺寸標注之前應首先考慮，同時注意設計基準和工藝基準要重合、設計基準同定位基準盡量保證重合。 3)在滿足零件設計要求的基礎上，同時考慮到零件制造、加工、裝配的整體工藝路線。 4)零件尺寸精度按照零件功能的要求進行設定，設定過低影響產品質量，設計過高會增加成本。 機械手的設計再考慮到零 件結構設計的基礎上，還要考慮到其材料工藝的選擇。選材要考慮到其零件的使用性、制造過程及成本等幾個方而，應滿足以下要求 : 1)使用性 在機器零件的設計上，通過分析零件工作條件和失效形式，對力學性能進行分析，是使用性能的一個重點。 2)工藝性 通過工藝性能分析，對加工形式進行分析設定。在滿足使用性能的前提下，選擇更易加土的材料能夠大大降低加工難度。這項指標也會對經濟型產生影響。 3)經濟性 選材應保證其整體成本最低。零件壽命、重量、研究費、加工費、維修費都會涉及總體成本，材料價格的高低是選材重要的經濟 性指標。確保零件的使用、工藝性能基礎之上，降低材料價格，壓縮成本以增加經濟效益更大化，提高市場上產品競爭力，是工程設計中一貫堅持的重要原則。 第二章 機械手設計方案 8 機械手上下料系統(tǒng)要求 按照工廠的實際生產要求，數控車削轉子的機械手上下料系統(tǒng)需要自動實現上料并且將加工完成的工件自動取下來然后將加工好的工件放到傳送帶上完成輸送功能。因此機械手上下料系統(tǒng)需要具有自動上下料功能、吹氣功能及其輸送功能等，其主要的設計要求如下： a) 實現從傳送帶取放工件到機床工作臺上取放工件的整個循環(huán)過程的自動化； b) 機械手與工件輸送系統(tǒng)可為相互獨立的模 塊，可單獨使用亦可構成一個系統(tǒng)； c) 系統(tǒng)動作流程，穩(wěn)定可靠； d) 上下料的時候，轉子中心孔與機床芯軸的定位精度為 ~ mm； 機械手動作要求 上下料動作分析：根據生產線體的空間位置和操作臺的具體位置，然后再根據上下料和車床的加工工藝過程和具體的工序，確定機械手需要完成的具體動作流程圖如下： 表 21機械手動作 序號 動作名稱 行程范圍 1 機械手下移 200mm 2 機械手 1夾緊 / 3 機械手上移 200mm 4 機械手左移 1000mm 5 機械手翻轉 90176。 6 機械手下移 200mm 7 機械手 2爪夾緊 / 8 車床的頂針退 / 9 車床的夾頭松開 / 10 機械手右移（少量） 6mm 11 機械手上移 200mm 12 機械手翻轉 90176。 13 機械手下移 200mm 14 機械手少量左移 6mm 15 車床頂針進 / 四川理工學院畢業(yè)設計（論文） 9 16 車床夾頭緊 / 17 機械手指松 / 18 機械手上移 200mm 19 機械手翻轉 90176。 20 機 械手右移 1000mm 21 機械手下移 200mm 22 機械手指松開 / 23 機械手上移 200mm 24 機械手翻轉 90176。 根據建立的空間坐標系，分析整個過程基本有沿 z軸的上下移動和 x軸的左右移動，以及沿 y 軸的翻轉運動 .根據任務書上得翻轉角度為 90 度，沿 x 軸移動距離為 1000mm，沿 z軸上下移動距離為 200mm，以及手爪的夾緊和松開過程。根據機械手運動的過程，完成具體動作，選擇完成基本運動的傳動件。 傳動件和執(zhí)行元件的方案設計 根據機械手具體完成動作，將機械手分成幾個重要過程，即： 工件的夾緊和松開過程，工件沿 y 軸翻轉 90 度過程，工件沿 Z 軸上下移動過程和工件沿 x 軸的來回移動過程。 下面就幾個過程分別設計其運動實現方案： a）工件的夾緊和松開過程：根據任務書要求選擇用氣動元件，又考慮到該過程不需要提供很大的動力，僅需簡單，方便的元件就可以完成，考慮到大部分氣動元件都是氣缸，所以選擇用氣缸來提供動力，再根據工件為直徑 30mm 的轉子，質量為 ，需要完成對轉子的夾緊和松開兩個動作，根據《工業(yè)機械手設計》選擇用氣爪來實現動作要求！ b）工件沿 y軸翻轉 90度過程： 方案一：這個過程需要將機械 手翻轉 90 度，選擇轉動的元件實現功能。轉動動力一般為電機，可以由電機提供動力，電機軸直接帶動工件旋轉 90 度。也可以在中間加一傳動件，比如齒輪傳動，由齒輪的齒數來控制其旋轉角度，實現目的要求。 方案二：動力源仍舊選擇由氣壓提供，在氣缸的種類中找到能將直線運動轉變?yōu)榛剞D運動的氣缸。擺動氣缸就是其中的一種，所以選擇擺動氣缸來實現目的要求。 方案評估：該過程可以直接選擇由軸的回轉運動完成，也可以選擇用將直線運動轉化為繞軸轉動來實現該功能，方案一的方法直接由電機提供回轉運動，能夠實現功能，第二章 機械手設計方案 10 但是這里考慮到該過程只是一個 簡單的回轉運動，對精度和動力要求都不高，并且方案一使機械手更加龐大，不利于后面的設計，所以從設計的經濟性出發(fā)，選擇第二種方案。方案二由氣壓提供動力，直接用氣缸就能實現功能，機械手不會變的龐大，氣動本來就很便宜，這也節(jié)約了成本。氣缸的選擇同樣在氣缸的種類里面能夠找到合適的解決方案。選用氣缸提供動力，根據《氣缸的工作原理及應用入門》選擇回轉氣缸來實現功能！ c）工件沿 Z軸上下移動：動力源由氣動提供，根據《氣缸的工作原理及應用入門》選擇雙軸氣缸實現工件的上下移動！ d）工件沿 x軸的來回移動：該運動過程是直線運動， 能夠直接實現直線運動的有很多方式，比如帶傳動，或是曲柄滑塊機構的運動。也可以選擇有回轉運動改變成之間運動的方式，比如齒輪齒條傳動，或是絲桿的傳動。由于需要在工件在安裝時保證良好的精度和定位要求，所以需要選擇高精度的傳動原件，并且來回行程很長，為了節(jié)約工件在傳送過程中的時間的不必要浪費，所以選擇用私服電機提供動力，滾珠絲桿傳動保證精度和傳送速度！ 根據以上各部分傳動選擇好的傳動原件，將工件和傳動原件用連接件連接起來就可以保證其運動方式，然后再對各部分進行尺寸，形狀和精度的精確設計，即可完成對數控車床的上下料要 求！ 四川理工學院畢業(yè)設計（論文） 11 第三章 各部分詳細設計 由于本次設計主要采用的是氣動元件，在機械手設計的時候選擇的是氣缸。其實動力源還有很多，比如液壓、電動力馬達，之所以選擇氣動，是 因為此小型機械手中手爪的夾緊力和驅動力都不是很大，氣壓傳動完全可以滿足工作要求，加上氣壓傳動有 能量儲存簡單而且可以產生高速動作；氣體容易壓縮，并且無污染，釋放后可以循環(huán)利用；生產成本價格低廉，體積小，重量輕，輸出質量高的優(yōu)點，所以主要是對氣缸的選型計算 氣壓傳動簡介 氣壓傳動技術 (Pneumatics)是以壓縮空氣為介質，對機械運動進行能 量傳遞及控制的一門技術，簡稱為氣動技術。氣動技術近年發(fā)展迅速，其關鍵部分是氣動元件。通過氣動元件的不同組合，形成氣動控制、傳動系統(tǒng)。氣動技術傳遞信號和能量的介質主要是空氣，通過空氣壓縮產生的氣壓進行控制的一門技術，主要是氣動控制和氣壓傳動兩部分內容。氣動技術突破原有理念，在汽車、機械、醫(yī)療等多個領域起到至關重要的作用，己廣泛應用于國民經濟的成套設備和自動化生產線上。 液壓與氣動是兩種應用廣泛的傳動技術，兩者相對比，各有優(yōu)缺點。氣動技術相對于液壓技術具有以下優(yōu)點 : ，成本低廉、 取用方便，使用安全性高，適用于易燃易爆等場合， ，空氣使用后可直接排放，不會造成二次污染，配件價格低廉，結構簡單，使用更換成本較低。 ，勞動者不需通過高端培訓即可熟練掌握。 ，方便對現有機器進行改裝。 ，以便應急使用。 。能持續(xù)進行工作，過載工作時能自動減壓 (泄氣 )而停止工作，充氣加壓后可繼續(xù)工作，不會對機構產生影響。 。 氣動技術相對于液壓技術缺點如下 : ，除去其雜質并進行干燥。 ，穩(wěn)定性相對較差，不利于進行精確的位置控制和速度控制 第三章 各部分詳細設計 12 。 ，延遲、失真情況明顯，不便用于需要高速、精確傳遞，信號傳送距離有限。 國外將氣動稱為“廉價技術、自動化技術”。氣動裝置在現今自動化工業(yè)中地位十分重要。氣動技術具有抗燃、無污染、原料易獲得等優(yōu)點，得到了越來越廣泛的關